CN108387849A - 锂离子电池自放电的快速检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池自放电的快速检测方法及装置，其中，方法包括：对锂离子电池进行充电或放电，以将锂离子电池调整至目标荷电状态；在锂离子电池搁置第一预设时间，且恢复稳定后，获取稳态的开路电压值；对锂离子电池施加预设充电电流脉冲激励或放电电流脉冲激励，以采集激励过程中每个时间点的电池电压；在锂离子电池搁置第二预设时间后，采集搁置过程中每个时间点的电池电压；根据稳态的开路电压值、激励过程中每个时间点的电池电压和搁置过程中每个时间点的电池电压通过等效电路模型进行曲线拟合，以获取锂离子电池的自放电电流。该方法能够快速完成锂离子电池自放电的检测，检测效率高，应用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池自放电的快速检测方法及装置。
背景技术
锂离子电池具有电压高、比能量大、循环寿命长等优点，被广泛应用于手机、笔记本电脑及电动车领域。然而，锂离子电池在一定温度下放置一段时间后，容量会有所下降，这一现象被称为锂离子电池的自放电。为减小电池不一致性对成组电池耐久性和可靠性的影响，在电池出厂阶段和回收梯次利用阶段，需要根据自放电程度对锂离子电池进行筛选分组。
现有技术中，锂离子电池自放电的测量方法主要是通过长时间的静置，记录静置过程中的参数变化，得到电池的自放电率。但是这些测量方法都存在着一个同样的问题，无论测量参数是容量、开路电压还是微小充电电流，都需要耗费漫长的时间，测量周期较长。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种锂离子电池自放电的快速检测方法，该方法能够快速完成锂离子电池自放电的检测，检测效率高，应用范围广。
本发明的另一个目的在于提出一种锂离子电池自放电的快速检测装置。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种锂离子电池自放电的快速检测方法，包括以下步骤：对锂离子电池进行充电或放电，以将所述锂离子电池调整至目标荷电状态；在所述锂离子电池搁置第一预设时间，且恢复稳定后，获取稳态的开路电压值；对所述锂离子电池施加预设充电电流脉冲激励或放电电流脉冲激励，以采集激励过程中每个时间点的电池电压；在所述锂离子电池搁置第二预设时间后，采集搁置过程中每个时间点的电池电压；以及根据所述稳态的开路电压值、所述激励过程中每个时间点的电池电压和所述搁置过程中每个时间点的电池电压通过等效电路模型进行曲线拟合，以获取所述锂离子电池的自放电电流。
本发明实施例的锂离子电池自放电的快速检测方法，通过将电池调整到目标荷电状态，记录电流搁置状态和脉冲激励状态下各时间点锂电池电压，并结合等效电路模型进行曲线拟合，得到锂离子电池的自放电电流，能够快速完成锂离子电池自放电的检测，具有检测效率高，应用范围广的优点。
另外，根据本发明上述实施例的锂离子电池自放电的快速检测方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述对锂离子电池进行充电或放电，以将所述锂离子电池调整至目标荷电状态，进一步包括：
充电过程的数学表达式为：
其中，Uocv为开路电压，Ro为欧姆内阻，Rp为电化学反应内阻，Cp为双电层电容，Isc为自放电电流，τ为时间常数，τ＝Rp·Cp。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述搁置过程的数学表达式为：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述稳态的开路电压值、所述激励过程中每个时间点的电池电压和所述搁置过程中每个时间点的电池电压通过等效电路模型进行曲线拟合，以获取所述锂离子电池的自放电电流，其特征在于，进一步包括：
根据电压变化曲线图，进行曲线拟合，以得出所述放电过程数学表达式中(Id+Isc)·Rp及所述搁置过程数学表达式中Rp·Isc的数值，以求得自放电电流Isc。
进一步地，在本发明的一个实施例中，其特征在于：
所述充或放电电流脉冲激励的大小为0.15～0.2C。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种锂离子电池自放电的快速检测装置，包括：充放电模块，用于对锂离子电池进行充电或放电，以将所述锂离子电池调整至目标荷电状态；第一搁置模块，用于在所述锂离子电池搁置第一预设时间，且恢复稳定后，获取稳态的开路电压值；脉冲激励模块，用于对所述锂离子电池施加预设充电电流脉冲激励或放电电流脉冲激励，以采集激励过程中每个时间点的电池电压；第二搁置模块，用于在所述锂离子电池搁置第二预设时间后，采集搁置过程中每个时间点的电池电压；以及拟合求解模块，用于根据所述稳态的开路电压值、所述激励过程中每个时间点的电池电压和所述搁置过程中每个时间点的电池电压通过等效电路模型进行曲线拟合，以获取所述锂离子电池的自放电电流。
本发明实施例的锂离子电池自放电的快速检测装置，通过将电池调整到目标荷电状态，记录电流搁置状态和脉冲激励状态下各时间点锂电池电压，并结合等效电路模型进行曲线拟合，得到锂电池的自放电电流，能够快速完成锂离子电池自放电的检测，具有检测效率高，应用范围广的优点。
另外，根据本发明上述实施例的锂离子电池自放电的快速检测装置还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，在所述充放电模块中：
充电过程的数学表达式为：
其中，Uocv为开路电压，Ro为欧姆内阻，Rp为电化学反应内阻，Cp为双电层电容，Isc为自放电电流，τ为时间常数，τ＝Rp·Cp。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在所述第二搁置模块中，所述搁置过程的数学表达式为：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述拟合求解模块用于：
根据电压变化曲线图，进行曲线拟合，以得出放电过程数学表达式中(Id+Isc)·Rp及充电后搁置过程数学表达式中Rp·Isc的数值，最终求得自放电电流Isc。
进一步地，在本发明的一个实施例中，其特征在于：
所述充或放电电流脉冲激励的大小为0.15～0.2C。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的锂离子电池自放电的快速检测方法的流程图；
图2为根据本发明一个实施例的锂离子电池自放电的快速检测方法的流程图；
图3为根据本发明一个实施例的求解自放电电流时采用的等效电路模型的示意图；
图4为根据本发明一个实施例的充电激励的电压变化曲线图的示意图；
图5为根据本发明一个实施例的放电激励的电压变化曲线图的示意图；
图6为根据本发明实施例的锂离子电池自放电的快速检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的锂离子电池自放电的快速检测方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的锂离子电池自放电的快速检测方法。
图1为根据本发明实施例的锂离子电池自放电的快速检测方法的流程图。
如图1所示，该锂离子电池自放电的快速检测方法包括以下步骤：
在步骤S101中，对锂离子电池进行充电或放电，以将锂离子电池调整至目标荷电状态。
如图2所示，在本发明的一个实施例中，对锂离子电池进行充/放电，将电池调整到特定的荷电状态，例如将电池调整到的荷电状态为90％。
在步骤S102中，在锂离子电池搁置第一预设时间，且恢复稳定后，获取稳态的开路电压值。
在本发明的一个实施例中，将电池搁置1～4小时，使其恢复稳定状态，记录稳态的开路电压值，例如电池的搁置时间为2小时。
在步骤S103中，对锂离子电池施加预设充电电流脉冲激励或放电电流脉冲激励，以采集激励过程中每个时间点的电池电压。
在本发明的一个实施例中，对电池施加微小充电电流脉冲激励，记录激励过程中各时间点电池的电压。
具体地，图3为求解自放电电流时采用的等效电路模型的示意图，充电过程的数学表达式为：
其中，Uocv为开路电压，Ro为欧姆内阻，Rp为电化学反应内阻，Cp为双电层电容，Isc为自放电电流。
具体地，可以设置微小充电电流的大小为0.2C，激励时间为10s。
在步骤S104中，在锂离子电池搁置第二预设时间后，采集搁置过程中每个时间点的电池电压。
在本发明的一个实施例中，将电池搁置一定时间，记录搁置过程中各时间点电池的电压。充电后搁置过程的数学表达式为：
具体而言，电池的搁置时间可以为1小时，本实施例充放电激励的电压变化曲线如图4和图5所示。
在步骤S105中，根据稳态的开路电压值、激励过程中每个时间点的电池电压和搁置过程中每个时间点的电池电压通过等效电路模型进行曲线拟合，以获取锂离子电池的自放电电流。
在本发明的一个实施例中，根据等效电路模型，进行曲线拟合，求解自放电电流。
本发明实施例的锂离子电池自放电的快速检测方法，通过将电池调整到目标荷电状态，记录电流搁置状态和脉冲激励状态下各时间点锂电池电压，并结合等效电路模型进行曲线拟合，得到锂电池的自放电电流，能够快速完成锂离子电池自放电的检测，具有检测效率高，应用范围广的优点。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的锂离子电池自放电的快速检测装置。
图6是本发明一个实施例的锂离子电池自放电的快速检测装置的结构示意图。
如图6所示，该锂离子电池自放电的快速检测装置10包括：充放电模块100、第一搁置模块200、脉冲激励模块300、第二搁置模块400和拟合求解模块500。
其中，充放电模块100用于对锂离子电池进行充电或放电，以将锂离子电池调整至目标荷电状态。第一搁置模块200用于在锂离子电池搁置第一预设时间，且恢复稳定后，获取稳态的开路电压值。脉冲激励模块300用于对锂离子电池施加预设充电电流脉冲激励或放电电流脉冲激励，以采集激励过程中每个时间点的电池电压。第二搁置模块400用于在锂离子电池搁置第二预设时间后，采集搁置过程中每个时间点的电池电压。拟合求解模块500用于根据稳态的开路电压值、激励过程中每个时间点的电池电压和搁置过程中每个时间点的电池电压通过等效电路模型进行曲线拟合，以获取锂离子电池的自放电电流。该锂离子电池自放电的快速检测装置10能够快速完成锂离子电池自放电的检测，检测效率高，应用范围广。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在充放电模块100中：
充电过程的数学表达式为：
其中，Uocv为开路电压，Ro为欧姆内阻，Rp为电化学反应内阻，Cp为双电层电容，Isc为自放电电流，τ为时间常数，τ＝Rp·Cp。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在第二搁置模块中400，搁置过程的书学表达式为：
进一步地，在本发明的一个实施例中，拟合求解模块500用于：
根据电压变化曲线图，进行曲线拟合，以得出放电过程数学表达式中(Id+Isc)·Rp及充电后搁置过程数学表达式中Rp·Isc的数值，最终求得自放电电流Isc。
进一步地，在本发明的一个实施例中，其特征在于：
充或放电电流脉冲激励的大小为0.15～0.2C。
需要说明的是，前述对锂离子电池自放电的快速检测方法实施例的解释说明也适用于该实施例的锂离子电池自放电的快速检测装置，此处不再赘述。
本发明实施例的锂离子电池自放电的快速检测装置，通过将电池调整到目标荷电状态，记录电流搁置状态和脉冲激励状态下各时间点锂电池电压，并结合等效电路模型进行曲线拟合，得到锂电池的自放电电流，能够快速完成锂离子电池自放电的检测，具有检测效率高，应用范围广的优点。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种锂离子电池自放电的快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
对锂离子电池进行充电或放电，以将所述锂离子电池调整至目标荷电状态；
在所述锂离子电池搁置第一预设时间，且恢复稳定后，获取稳态的开路电压值；
对所述锂离子电池施加预设充电电流脉冲激励或放电电流脉冲激励，以采集激励过程中每个时间点的电池电压；
在所述锂离子电池搁置第二预设时间后，采集搁置过程中每个时间点的电池电压；以及
根据所述稳态的开路电压值、所述激励过程中每个时间点的电池电压和所述搁置过程中每个时间点的电池电压通过等效电路模型进行曲线拟合，以获取所述锂离子电池的自放电电流。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池自放电的快速检测方法，其特征在于，所述对锂离子电池进行充电或放电，以将所述锂离子电池调整至目标荷电状态，进一步包括：
充电过程的数学表达式为：
其中，Uocv为开路电压，Ro为欧姆内阻，Rp为电化学反应内阻，Cp为双电层电容，Isc为自放电电流，τ为时间常数，τ＝Rp·Cp。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池自放电的快速检测方法，其特征在于，所述搁置过程的数学表达式为：
4.根据权利要求1所述的锂离子电池自放电的快速检测方法，所述根据所述稳态的开路电压值、所述激励过程中每个时间点的电池电压和所述搁置过程中每个时间点的电池电压通过等效电路模型进行曲线拟合，以获取所述锂离子电池的自放电电流，其特征在于，进一步包括：
根据电压变化曲线图，进行曲线拟合，以得出所述放电过程数学表达式中(Id+Isc)·Rp及所述搁置过程数学表达式中Rp·Isc的数值，以求得自放电电流Isc。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池自放电的快速检测方法，其特征在于：
所述充或放电电流脉冲激励的大小为0.15～0.2C。
6.一种锂离子电池自放电的快速检测装置，其特征在于，包括：
充放电模块，用于对锂离子电池进行充电或放电，以将所述锂离子电池调整至目标荷电状态；
第一搁置模块，用于在所述锂离子电池搁置第一预设时间，且恢复稳定后，获取稳态的开路电压值；
脉冲激励模块，用于对所述锂离子电池施加预设充电电流脉冲激励或放电电流脉冲激励，以采集激励过程中每个时间点的电池电压；
第二搁置模块，用于在所述锂离子电池搁置第二预设时间后，采集搁置过程中每个时间点的电池电压；以及
拟合求解模块，用于根据所述稳态的开路电压值、所述激励过程中每个时间点的电池电压和所述搁置过程中每个时间点的电池电压通过等效电路模型进行曲线拟合，以获取所述锂离子电池的自放电电流。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池自放电的快速检测装置，其特征在于，在所述充放电模块中：
充电过程的数学表达式为：
其中，Uocv为开路电压，Ro为欧姆内阻，Rp为电化学反应内阻，Cp为双电层电容，Isc为自放电电流，τ为时间常数，τ＝Rp·Cp。
8.根据权利要求6所述的锂离子电池自放电的快速检测装置，其特征在于，在所述第二搁置模块中，所述搁置过程的数学表达式为：
9.根据权利要求6所述的锂离子电池自放电的快速检测装置，其特征在于，所述拟合求解模块用于：
根据电压变化曲线图，进行曲线拟合，以得出放电过程数学表达式中(Id+Isc)·Rp及充电后搁置过程数学表达式中Rp·Isc的数值，最终求得自放电电流Isc。
10.根据权利要求6所述的锂离子电池自放电的快速检测装置，其特征在于：
所述充或放电电流脉冲激励的大小为0.15～0.2C。
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